DE10028038A1 - Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements - Google Patents

Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements

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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke zwischen zwei Blockpositionen durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel, bei dem bei einer Bewegung des angetriebenen Elements in eine definierte Blockposition eine systemseitige Normierung durchgeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Einfahren des angetriebenen Elements in eine Blockposition der Gleichstrommotor vor Erreichen der systemseitig definierten Blockposition stromlos geschaltet, nach einer vorbestimmten Zeitspanne zum letztendlichen Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition erneut aktiv bestromt wird und daß, nachdem das angetriebene Element in seine mechanische definierte Blockposition gebracht worden ist, eine systemseitige Normierung dieser Blockposition durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebswelle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke zwischen zwei Block­ positionen durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Strom­ rippel, bei dem bei einer Bewegung des angetriebenen Elements in eine definierte Blockpositionen eine systemseitige Normierung durchgeführt wird.
Das Ankerstromsignal eines Gleichstrommotors umfaßt einen sogenann­ ten Gleichanteil sowie einen den Gleichanteil überlagernden Wechselan­ teil. Der Wechselanteil entsteht bei einem Betrieb des Gleichstrommotors infolge des Zusammenwirkens von Magnet (Feld), Ankerwicklung und Kommutator des Gleichstrommotors. Dies äußert sich in einer kurzzeitigen Änderung der induzierten Spannung, woraus sich die Welligkeit des An­ kerstromsignals ergibt. Die in dem Ankerstromsignal enthaltenen, in der beschriebenen Weise bedingten Stromspitzen - im folgenden Stromrippel genannt - treten bei einer Umdrehung des Ankers in einer der Anzahl der Kollektorlamellen entsprechenden Häufigkeit auf. Weist beispielsweise der Anker 10 Kollektorlamellen auf, sind im Ankerstromsignal entsprechend 10 Stromrippel zu erkennen. Eine Zählung der Stromrippel kann somit Aufschluß über die aktuelle Drehstellung des Ankers des Gleichstrommo­ tors und somit bezüglich des beweglichen Elements innerhalb seiner vor­ bestimmten Bewegungsstrecke geben. Zu diesem Zweck wird das analo­ ge Ankerstromsignal digitalisiert, um eine entsprechende Zählung vor­ nehmen zu können.
Da vorbekannt ist, über wie viele Stromrippel der Gleichstrommotor sich drehen muß, bis die Strecke zwischen den beiden, die Bewegungsstrecke begrenzenden Blockpositionen zurückgelegt ist, kann über die Zählung der Stromrippel eine Positionsbestimmung des angetriebenen Elements erfolgen. Eingesetzt werden derartige Verfahren beispielsweise im Kraft­ fahrzeugbereich zum Steuern eines Verstellantriebes, wie sie beispiels­ weise für Fensterheber und/oder Schiebedächer vorgesehen sind. Ein wesentliches Element in der Erfassung der Position beispielsweise der Scheibe ist diejenige beim Schließen derselben, bei der der Einklemm­ schutz abgeschaltet werden kann. Eine solche Abschaltung ist notwendig, damit die Scheibe vollständig in ihren oberen Block und in die dort vorge­ sehenen Dichtungen einfahren kann, ohne daß infolge der erhöhten Last eine Motorabschaltung erfolgt. Bei einer fehlerhaften Zählung der Strom­ rippel zur Bestimmung der Position der Scheibe kann es vorkommen, daß der Einklemmschutz zu früh oder zu spät abgeschaltet wird.
Zur Erhöhung der Bestimmung der Positionsgenauigkeit des beweglichen Elements, beispielsweise einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges er­ folgt eine systemseitige Normierung bzw. Renormierung, wenn das Fen­ ster in seine obere Blockposition eingefahren worden ist, da nunmehr eine tatsächliche Übereinstimmung der IST-Position der Scheibe und der me­ chanisch definierten Blockposition gegeben ist. Durch diese Renormie­ rung wird der Stromrippelzähler wieder auf null zurückgesetzt, damit eine Fehleraddition über einen längeren Zeitraum verhindert ist. Auch wenn durch derartige Renormierungsmaßnahmen eine genaue Positionsbe­ stimmung des angetriebenen Elements über einen längeren Zeitraum grundsätzlich durchgeführt werden kann, ist eine solche Renormierung jedoch unzureichend, wenn sich nach einem Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition die zur Renormierung vorgesehene Block­ position tatsächlich jedoch nicht mit der mechanisch definierten Blockpo­ sition übereinstimmt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn beim Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition dieses von dem als Anschlag dienenden Block zurückspringt. Das angetriebene Ele­ ment befindet sich sodann in einer Position (IST-Position), die unter­ schiedlich zu der mechanisch definierten Blockposition (SOLL-Position) ist. Wird das System nunmehr bezüglich dieser Position des angetriebe­ nen Elements nachnormiert, mit der Annahme, das angetriebene Element befinde sich in seiner mechanisch definierten Blockposition, dann ist die Nachnormierung fehlerhaft und entsprechend auch die nachfolgenden Zählergebnisse. Eine Positionserfassung des angetriebenen Elements ist dann ungenau und insbesondere sind einzelne Positionen innerhalb der Bewegungsstrecke des angetriebenen Elements nicht mit der notwendi­ gen Genauigkeit wiederholbar anfahrbar, da infolge der Zufälligkeit etwa des Zurückspringens des angetriebenen Elements eine Normierung unter Zugrundelegung jeweils unterschiedlicher Voraussetzungen erfolgt. Die Folge eines solchen Verhaltens des angetriebenen Elements ist, das ein solches gattungsgemäßes Verfahren nur eingesetzt werden kann, wenn die beim Einfahren in die Blockposition sich ergebenden mechanischen Ungenauigkeiten vernachlässigbar klein sind.
Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes gattungsgemäßes Verfahren dergestalt weiterzubilden, daß die beim vorbekannten Stand der Technik auftretenden Fehler beim Nachnormieren in einer Blockpositi­ on auch bei Anwendungen, bei denen das angetriebene Element mit ho­ her kinetischer Energie bewegt wird, vernachlässigbar klein sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Einfahren des angetriebenen Elements in eine Blockposition der Gleichstrommotor vor Erreichen der systemseitig definierten Blockposition stromlos ge­ schaltet, nach einer vorbestimmten Zeitspanne zum letztendlichen Einfah­ ren des angetriebenen Elements in die Blockposition erneut aktiv bestromt wird und daß, nachdem das angetriebene Element in seine mechanisch definierte Blockposition gebracht worden ist, eine systemseitige Normie­ rung dieser Blockposition durchgeführt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das angetriebene Element nicht mit seiner vollen kinetischen Energie in die Blockposition eingefah­ ren. Vielmehr wird der das angetriebene Element antreibende Gleich­ strommotor bereits vor Erreichen der systemseitig definierten Blockposition stromlos geschaltet um die kinetische Energie des angetriebenen Ele­ ments zu reduzieren. Im Rahmen dieser Ausführungen bedeutet der Be­ griff "Stromlos-Schalten", daß dem Gleichstrommotor aktiv keine Betriebs­ spannung zugeführt wird. Dies kann beispielsweise im Wege eines Ab­ schaltens des Gleichstrommotors oder auch eines Umschaltens oder Kurzschließens desselben in einen Generatorbetrieb erfolgen. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne, die in Abhängigkeit von weiteren Faktoren variabel ausgebildet sein kann, wird der Gleichstrommotor erneut be­ stromt, so daß dann das angetriebene Element - nunmehr mit einer er­ heblich verminderten kinetischen Energie - in die mechanisch definierte Blockposition eingefahren wird. Erst wenn sich das angetriebene Element in seiner mechanisch definierten Blockposition befindet, wird die bestim­ mungsgemäße systemseitige Normierung bzw. Nachnormierung durch­ geführt. Die Nachnormierung erfolgt somit in einem Zeitpunkt, zu dem sichergestellt ist, daß sich das angetriebene Element mit hinreichender Genauigkeit tatsächlich in seiner mechanisch definierten Blockposition befindet. Durch das Stromlos-Schalten des Gleichstrommotors in einem kurzen Abstand vor Erreichen der tatsächlichen Blockposition und erneu­ tes Bestromen wird das angetriebene Element mit einer sehr viel geringe­ ren kinetischen Energie in die Blockposition eingefahren. Die Gefahr eines Zurückspringens des angetriebenen Elements oder auch ein Zurückfedern der eingesetzten Kraftübertragungsmechanik zwischen dem Gleich­ strommotor und dem angetriebenen Element ist somit erheblich reduziert. Daher eignet sich das beanspruchte Verfahren insbesondere auch um eine Nachnormierung in einer Blockposition bei solchen Verstelleinrich­ tungen durchzuführen, bei denen die angetriebenen Elemente eine hohe kinetische Energie bei ihrer Bewegung aufweisen, was entweder durch einen entsprechend stark ausgeprägten Gleichstrommotor und/oder durch eine hohe, von dem Gleichstrommotor bewegte Masse hervorgerufen werden kann.
Es ist zweckmäßig, die erneute Bestromung des Gleichstrommotors zum letztendlichen Einfahren des angetriebenen Elements in die mechanische Blockposition dann vorzusehen, wenn zuvor der vollständige Auslauf des Ankers des Gleichstrommotors infolge seiner Stromlos-Schaltung erkannt worden ist. Dadurch ist sichergestellt, daß im Zeitpunkt der erneuten Be­ stromung des Gleichstrommotors zum letztendlichen Einfahren des ange­ triebenen Gegenstandes in die Blockposition zu Beginn der erneuten Be­ stromung keine kinetische Energie aufgrund des Stillstandes des ange­ triebenen Elements inne hat. Eine Erkennung des Zustandes, daß sich der Anker des Gleichstrommotors nicht mehr dreht, kann bevorzugt da­ durch erfolgen, daß der Gleichstrommotor mit seiner Stromlos-Schaltung in einen Generatorbetrieb umgeschaltet wird. Das von dem Gleichstrom­ motor nunmehr generierte Stromsignal ist ein Maß für die Drehgeschwin­ digleit des Ankers. Dreht sich der Anker nicht mehr und befindet sich so­ mit ebenso wie das angetriebene Element im Stillstand, ist das Stromsi­ gnal gleich null.
Eine systemseitige Normierung in dieser Blockposition kann in Abhängig­ keit von den detektierten Bewegungen des angetriebenen Elements erfol­ gen, die vor dem gewünschten Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition durchgeführt worden sind. Eine Normierung kann bei­ spielsweise dergestalt erfolgen, daß der aktuelle Positionszähler bezüglich dieser Blockposition geeicht wird, oder daß der Positionszähler im Hinblick auf die zuvor geeichte Position nachnormiert wird. Dies kann abhängig davon sein, ob das angetriebene Element in diese Blockposition eingefah­ ren worden ist, nachdem es mehr oder weniger unmittelbar die andere Blockposition, in der ebenfalls eine Normierung durchgeführt worden ist, eingefahren worden ist, oder ob vor dem Einfahren des angetriebenen Elements in diese Blockposition zahlreiche Bewegungen stattgefunden haben, ohne daß eine Blockposition erreicht worden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Einsatz im Rahmen einer Positionserkennung einer Verstelleinrichtung zum Öff­ nen und Schließen einer Fensterscheibe, eines Schiebedaches oder zum Verstellen eines Sitzes in einem Kraftfahrzeug. Insbesondere bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen einer Verstellein­ richtung zum Betätigen einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges konnte bislang eine Normierung bzw. Nachnormierung nur in der oberen Blockposition erfolgen, da ein mehr oder minder definiertes Einfahren der Fensterscheibe in diese Blockposition durch die die kinetische Energie der Fensterscheibe kompensierende Dichtungsanordnung möglich war, so daß mit hinreichender Genauigkeit angenommen werden konnte, daß zur Normierung die Fensterscheibe sich in ihrer IST-Position tatsächlich in der mechanisch definierten Blockposition (SOLL-Position) befindet. Eine sy­ stemseitige Nachnormierung in der unteren Blockposition kann nunmehr durch Einsatz des beanspruchten Verfahrens ebenfalls erfolgen. Erhöht wird dadurch der Bedienkomfort der Verstelleinrichtung. Zur Vermeidung einer zu großen Fehleraddition über mehrere Scheibenbetätigungen hin­ weg, ohne daß in die obere Blockposition eingefahren worden ist, ist beim vorbekannten Stand der Technik eine Systementnormierung vorgesehen. Bei einer solchen Systementnormierung ist der automatische Scheiben­ hochlauf blockiert, so daß die Scheibe dann nur noch durch eine manuelle Tasterbetätigung geschlossen werden konnte. Durch die Möglichkeit, nunmehr auch in der unteren Blockposition eine Normierung durchführen zu können, braucht eine systemseitige Entnormierung nur in Ausnahme­ fällen eingeleitet zu werden. Die statistische Wahrscheinlichkeit, daß bei zahlreichen Fensterheberbetätigungen die Scheibe in die eine oder die andere Blockposition zu einer Nachnormierung des Systems die Fenster­ scheibe eingefahren wird, ist erheblich erhöht.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm mit dem analogen Ankerstromsignal, aus dem sich die unterschiedlichen Zustände des Gleichstrommotors und der Ver­ lauf des beanspruchten Verfahrens ablesen lassen. Das Einfahren einer Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges in die untere Blockposition vollzieht sich demnach wie folgt: In einem Zeitpunkt t1, in dem zählerseitig erkannt worden ist, daß sich die Fensterscheibe in einem bestimmten Abstand vor der zuvor definierten unteren Blockposition befindet, wird der Gleich­ strommotor stromlos geschaltet und in einen Generatorbetrieb umge­ schaltet. Der Betrieb des Gleichstrommotors vor dem Zeitpunkt t1 ist durch seine vorbestimmte Drehzahl bestimmt, die in den Stromspitzen des An­ kerstromsignales und auch in dem oberhalb des Ankerstromsignales wie­ dergegebenen Stromrippelsignales wiedergegeben ist. Im Zuge des Ge­ neratorbetriebes des Gleichstrommotors ist auf den Zeitpunkt t1 folgend zunächst ein hohes und anschließend zunehmend abnehmendes Strom­ signal am Gleichstrommotor abgreifbar. In einem Zeitpunkt t2 ist der Aus­ lauf des Ankers des Gleichstrommotors detektiert worden und es erfolgt eine erneute Bestromung des Gleichstrommotors zum letztendlichen Ein­ fahren der Fensterscheibe in die definierte untere mechanische Blockpo­ sition. Dies kann auch mit verminderter Energie erfolgen. Durch die Fre­ quenz der sich auf der Ankerstromkurve bemerkbar machenden Stromrip­ pel wird deutlich, daß die Drehgeschwindigkeit des Ankers in dieser Pha­ se sehr viel geringer ist als diejenige, mit der der Gleichstrommotor vor dem Zeitpunkt t1 die Fensterscheibe bewegt hat. Das sich Befinden der Fensterscheibe in der unteren Blockposition ist im Zeitpunkt t3 detektier­ bar, so daß nunmehr die gewünschte systemseitige Normierung durch­ geführt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen der Position eines durch die Antriebs­ welle eines Gleichstrommotors angetriebenen Elements innerhalb einer vorbestimmten Bewegungsstrecke zwischen zwei Blockposi­ tionen durch Auswerten der im Ankerstromsignal enthaltenen Stromrippel, bei dem bei einer Bewegung des angetriebenen Ele­ ments in eine definierte Blockpositionen eine systemseitige Normie­ rung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ein­ fahren des angetriebenen Elements in eine Blockposition der Gleichstrommotor vor Erreichen der systemseitig definierten Block­ position stromlos geschaltet, nach einer vorbestimmten Zeitspanne zum letztendlichen Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition erneut aktiv bestromt wird und daß, nachdem das angetriebene Element in seine mechanisch definierte Blockposition gebracht worden ist, eine systemseitige Normierung dieser Block­ position durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Bestromung des Gleichstrommotors zum letztendlichen Einfahren des angetriebenen Elements in die Blockposition erfolgt, wenn der Auslauf des Ankers infolge der zuvorigen Stromlos- Schaltung des Gleichstrommotors erkannt worden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotors mit seiner Stromlos-Schaltung in einen Gene­ ratorbetrieb geschaltet wird, um über das von dem Gleichstrom­ motor generierte Stromsignal das Auslaufen des Gleichstrommo­ tors beobachten zu können.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine systemseitige Normierung in Abhängigkeit von den Bewegungen des angetriebenen Elements erfolgt, die durch­ geführt worden sind, bevor damit begonnen wurde, das angetrie­ bene Element in die Blockposition einzufahren.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer geneigten oder im wesentlichen vertikal verlaufenden Bewegungsstrecke des angetriebenen Elements ein Einfahren des angetriebenen Elements in die untere Blockposition in der beanspruchten Weise erfolgt.
6. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Positionsbestimmung eines durch eine elektrische Verstelleinrich­ tung angetriebenen Elements in einem Kraftfahrzeug, etwa zur Po­ sitionsbestimmung einer Fensterscheibe, eines Schiebedaches oder eines Sitzes.
7. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das angetriebene Element eine Fensterscheibe ist und das Verfahren zum Einfahren der Fensterscheibe in die untere Blockposition durchgeführt wird.
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